Капілярні віскозиметри складаються з трьох основних частин: резервуару для випробуваної рідини, тонкої трубки-капіляра і приймача для рідини після капіляра. Напруга, що обумовлює протягом рідини, залежить від радіуса і довжини капіляра і різниці тиску, прикладеного до його кінців. Джерелом тиску служить вага стовпа випробуваної рідини в прилад (гідростатичний тиск) або зовнішній тиск, що подається на меніск рідини в вискозиметре, або поєднання обох видів тиску.
Вимірювання в'язкості в капілярних приладах засноване на формулі Пуазейля, що зв'язує в'язкість з витратою продукту. У більшості віскозиметрів витрата вимірюється за часом закінчення певного об'єму рідини з резервуара через капіляр в приймач. Рідше вимірюють обсяг витікаючої рідини за одиницю часу.
Недоліком капілярного віскозиметра є відсутність можливості вимірювання дуже в'язких рідин і неможливість вимірювання в'язкості при різних напругах зсуву.
Капілярні віскозиметри вимірюють витрата фіксованого обсягу рідини через малий отвір при контрольованій температурі. Швидкість зсуву можна виміряти приблизно від нуля до 106 с-1, замінюючи капілярний діаметр і прикладена тиск. Типи капілярних віскозиметрів і їх режими роботи: Скляний капілярний віскозиметр (ASTM D 445) - Рідина проходить через отвір встановлюється - діаметру під впливом сили тяжіння. Швидкість зсуву - менше ніж 10 с-1. Кінематична в'язкість всіх автомобільних масел вимірюється капілярними вискозиметрами.
Ротаційні віскозиметри або віскозиметри з коаксіальними циліндрами складаються з двох співвісних вертикальних циліндрів, між якими міститься випробувана рідина. Електромотором або падаючим вантажем один з циліндрів приводиться в обертання. Досліджувана рідина надає в'язке опір його обертанню і передає рух другого циліндра. У деяких типів приладів обертається внутрішній циліндр, а у інших - зовнішній.
Залежно від способу монтування другого циліндра ротаційні віскозиметри діляться на дві групи: з нерухомим циліндром і торсіонні віскозиметри.
У приладах з одним нерухомим циліндром в'язкість випробуваної рідини визначається за швидкістю обертання рухомого циліндра при заданому моменті або за величиною крутного моменту, що викликає задану швидкість. В'язкість обчислюється за формулою:
де К - постійна приладу; М = rф - крутний момент; Щ - кутова швидкість.
У торсіонних віскозиметрів внутрішній циліндр підвішений на пружною нитки. Рух рідини викликає закручування циліндра на кут, при якому момент пружних сил, що виникають при закручуванні нитки, врівноважується моментом сил внутрішнього тертя обертової рідини. Кут повороту циліндра ц вимірюється. Якщо Щ - кутова швидкість обертання зовнішнього циліндра; К - постійна для підвісу, що залежить від його пружності; З - постійна віскозиметра, що визначається геометричними розмірами приладу, то в'язкість випробуваної рідини обчислюється за формулою
Постійні ротаційних віскозиметрів визначаються обміром або калібруванням еталонними рідинами.
Як правило, ротаційні віскозиметри виконуються з металу. Важливою умовою точних і відтворених вимірів в'язкості є постійне і можливо менше тертя циліндрів і інших деталей, що рухаються в опорах. Циліндр, що обертається встановлюється на кулькових підшипниках. Для усунення ковзання випробуваного матеріалу по стінках циліндрів внутрішні їх поверхні іноді роблять ребристими, або з поздовжньою насічкою.
Найбільші труднощі при виготовленні і застосуванні ротаційних віскозиметрів виникають внаслідок необхідності вносити поправки на дно внутрішнього циліндра. Найпростіший, але недостатньо точний спосіб полягає в тому, що дно циліндра роблять злегка увігнутим. При зануренні циліндра в рідину в угнутості залишається повітря, і тертя дна зменшується.
Слід, однак, відзначити, що помилки від крайових ефектів у вторинних ротаційних віскозиметрів з довгими і вузькими циліндрами не роблять значного впливу на вимірювання в'язкості високов'язких речовин, але вони знижують швидкості, при яких дотримується пропорційність між крутним моментом і кутовий швидкістю або кутовий швидкістю і кутом закручування циліндра. Таким чином, дефекти приладу скорочують ламінарними область течії.
Специфічний недолік торсіонних віскозиметрів полягає в залишкової непружної деформації, властивою нитки підвісу. Плавлений кварц є найбільш підходящим матеріалом для нитки, так як має високу і постійної пружністю, але ці властивості притаманні йому тільки в тонких нитках. Тому кварцові підвіси застосовуються лише для невеликих циліндрів. Для важких циліндрів використовується сталевий дріт і дріт з фосфористої бронзи. Найбільш досконалим є віскозиметр РВ-7 з нерухомим зовнішнім циліндром
Цей прилад рекомендується М.П. Воларовічем для визначення динамічної в'язкості мінеральних масел при температурах від + 10 ° до - 60 °, дизельних палив при температурах нижче --30 ° і бітумів при температурах від + 20 ° до + 160 °. Вимірювання в'язкості можуть проводитися в межах від 5 до 1 * 107 пуаз. Одночасно прилад служить для визначення граничної напруги зсуву в інтервалі від 50 до 105 днів / см 2. Вискозиметр РВ-7 застосовується як первинний і як вторинний вискозиметр.
В'язкість в пуаз обчислюється за формулою
де Р - вага вантажу, що обертає циліндр віскозиметра, який дорівнює сумі ваг двох вантажів, підвішених до обох ниток приладу; Р0 - власне тертя підшипників (воно може бути знижено до 1-2 г); N - число обертів циліндра в секунду; К - постійна приладу, що залежить від його розмірів і висоти рівня випробуваної рідини (глибини занурення внутрішнього циліндра):
де А, В і С - постійні для даного приладу; h - глибина занурення циліндра.
Мініроторний вискозиметр (ASTM D 4684) - тест MRV, який пов'язаний з механізмом прокачуваності масла, є виміром при низькій швидкості зсуву. Головна особливість методу - повільна швидкість охолодження зразка.
Зразок готується так, щоб мати певну теплову передісторію, яка включає нагрівання, повільно охолодження, і цикли просочення. MRV вимірює позірна залишкову напругу, яка, якщо більше ніж порогове значення, вказує на потенційну проблему відмови прокачування, пов'язану з проникненням повітря. Вище деякої в'язкості (в даний час певною як 60000 сПуаз по SAE J 300), масло може бути викликати відмову прокачуваності за механізмом, званому "ефект обмеженого потоку". Масло SAE 10W, наприклад, має мати максимальну в'язкість 60000 сПуаз при -30 ° C без залишкової напруги. За допомогою цього методу вимірюють також гадану в'язкість при швидкостях зсуву від 1 до 50 c-1.
Вискозиметр Брукфільда - визначає в'язкість в широких межах (від 1 до 105 Пуаз) при низькій швидкості зсуву (до 102 c-1).
ASTM D 2983 використовується перш за все для визначення низькотемпературної в'язкості автомобільних трансмісійних масел, масел для автоматичних трансмісій гідравлічних і тракторних масел. Температура - випробувань знаходиться в діапазоні від -5 до -40 ° C.
ASTM D 5133, метод сканування Брукфільда, вимірює в'язкість зразка з Брукфільду, при охолодженні з постійною швидкістю 1 ° C / год. Подібно MRV, метод ASTM D 5133 призначений для визначення прокачуваності масла при низьких температурах. За допомогою цього випробування визначається точка структуроутворення, певна як температура, при якій зразок досягає в'язкості 30,000 сПуаз. Визначається також індекс (показник) структуроутворення як найбільша швидкість збільшення в'язкості від -5 ° C до найнижчої випробувальної температурі. Цей метод застосовується для моторних масел, і потрібно згідно ILSAC GF-2.
Імітатор конічного підшипника (ASTM D 4683) - ця методика також дозволяє вимірювати в'язкість моторних масел при високій температурі і високій швидкості. Дуже високі швидкості зсуву виходять за рахунок надзвичайно малого зазору між ротором і стінкою статора. У РФ метод визначення в'язкості ротаційним віскозиметром описується ГОСТ 1929-87 "Нафтопродукти. Методи визначення динамічної в'язкості на ротаційному віскозиметрі".